Γιατί η χωρητικότητα της μπαταρίας λιθίου μειώνεται το χειμώνα;

Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου έχουν χρησιμοποιηθεί ευρέως για τη μεγάλη διάρκεια ζωής τους, τη μεγάλη ειδική χωρητικότητα και την έλλειψη μνήμης από τότε που μπήκαν στην αγορά. Η χρήση μπαταριών ιόντων λιθίου σε χαμηλή θερμοκρασία έχει προβλήματα όπως χαμηλή χωρητικότητα, σοβαρή εξασθένηση, κακή απόδοση ρυθμού κύκλου, εμφανής κατακρήμνιση λιθίου και μη ισορροπημένη αποσυμπίεση λιθίου. Ωστόσο, με τη συνεχή επέκταση των πεδίων εφαρμογής, οι περιορισμοί που επιφέρει η κακή απόδοση των μπαταριών ιόντων λιθίου σε χαμηλές θερμοκρασίες έχουν γίνει ολοένα και πιο εμφανείς.

Σύμφωνα με αναφορές, η ικανότητα εκφόρτισης των μπαταριών ιόντων λιθίου σε -20 βαθμό είναι μόνο περίπου το 31,5 τοις εκατό αυτής σε θερμοκρασία δωματίου. Η θερμοκρασία λειτουργίας των παραδοσιακών μπαταριών ιόντων λιθίου είναι μεταξύ -20 και συν 55 μοίρες. Ωστόσο, στην αεροδιαστημική, τη στρατιωτική βιομηχανία, τα ηλεκτρικά οχήματα και άλλους τομείς, οι μπαταρίες πρέπει να λειτουργούν κανονικά σε βαθμό -40 . Ως εκ τούτου, είναι πολύ σημαντικό να βελτιωθούν οι ιδιότητες χαμηλής θερμοκρασίας των μπαταριών ιόντων λιθίου.

Παράγοντες που περιορίζουν την απόδοση των μπαταριών ιόντων λιθίου σε χαμηλή θερμοκρασία

Σε περιβάλλον χαμηλής θερμοκρασίας, το ιξώδες του ηλεκτρολύτη αυξάνεται, ακόμη και μερικώς στερεοποιείται, με αποτέλεσμα τη μείωση της αγωγιμότητας της μπαταρίας ιόντων λιθίου.

Σε περιβάλλον χαμηλής θερμοκρασίας, η συμβατότητα μεταξύ του ηλεκτρολύτη, του αρνητικού ηλεκτροδίου και του διαχωριστή γίνεται φτωχή.

Το λίθιο κατακρημνίζεται σοβαρά από το αρνητικό ηλεκτρόδιο της μπαταρίας ιόντων λιθίου σε περιβάλλον χαμηλής θερμοκρασίας και το κατακρημνισμένο μέταλλο λίθιο αντιδρά με τον ηλεκτρολύτη και η εναπόθεση του προϊόντος του οδηγεί σε αύξηση του πάχους της διεπαφής στερεού ηλεκτρολύτη (SEI). .

Σε περιβάλλον χαμηλής θερμοκρασίας, το σύστημα διάχυσης των μπαταριών ιόντων λιθίου στο ενεργό υλικό μειώνεται και η αντίσταση μεταφοράς φορτίου (Rct) αυξάνεται σημαντικά.

Συζήτηση για τους καθοριστικούς παράγοντες που επηρεάζουν την απόδοση των μπαταριών ιόντων λιθίου σε χαμηλή θερμοκρασία

Γνώμη ειδικού 1: Ο ηλεκτρολύτης έχει τη μεγαλύτερη επίδραση στην απόδοση των μπαταριών ιόντων λιθίου σε χαμηλή θερμοκρασία και η σύνθεση και οι φυσικές και χημικές ιδιότητες του ηλεκτρολύτη έχουν σημαντικό αντίκτυπο στην απόδοση της μπαταρίας σε χαμηλή θερμοκρασία. Το πρόβλημα που αντιμετωπίζει ο κύκλος της μπαταρίας σε χαμηλή θερμοκρασία είναι: το ιξώδες του ηλεκτρολύτη θα αυξηθεί, η ταχύτητα αγωγιμότητας των ιόντων θα επιβραδυνθεί και η ταχύτητα μετανάστευσης ηλεκτρονίων του εξωτερικού κυκλώματος δεν θα ταιριάζει. Επομένως, η μπαταρία θα είναι πολύ πολωμένη και η χωρητικότητα φόρτισης και εκφόρτισης θα μειωθεί απότομα. Ειδικά κατά τη φόρτιση σε χαμηλή θερμοκρασία, τα ιόντα λιθίου μπορούν εύκολα να σχηματίσουν δενδρίτες λιθίου στην επιφάνεια του αρνητικού ηλεκτροδίου, οδηγώντας σε αστοχία της μπαταρίας.

Η απόδοση του ηλεκτρολύτη σε χαμηλή θερμοκρασία σχετίζεται στενά με την αγωγιμότητα του ίδιου του ηλεκτρολύτη. Ο ηλεκτρολύτης με υψηλή αγωγιμότητα μπορεί να μεταδίδει ιόντα πιο γρήγορα και μπορεί να ασκήσει μεγαλύτερη χωρητικότητα σε χαμηλές θερμοκρασίες. Όσο περισσότερα άλατα λιθίου διασπώνται στον ηλεκτρολύτη, τόσο περισσότεροι αριθμοί μετανάστευσης και τόσο μεγαλύτερη η αγωγιμότητα. Όσο μεγαλύτερη είναι η αγωγιμότητα, τόσο πιο γρήγορος είναι ο ρυθμός αγωγιμότητας ιόντων, τόσο μικρότερη είναι η πόλωση και τόσο καλύτερη είναι η απόδοση της μπαταρίας σε χαμηλή θερμοκρασία. Επομένως, η υψηλότερη αγωγιμότητα είναι απαραίτητη προϋπόθεση για την επίτευξη καλής απόδοσης σε χαμηλή θερμοκρασία των μπαταριών ιόντων λιθίου.

Η αγωγιμότητα του ηλεκτρολύτη σχετίζεται με τη σύνθεση του ηλεκτρολύτη και η μείωση του ιξώδους του διαλύτη είναι ένας από τους τρόπους αύξησης της αγωγιμότητας του ηλεκτρολύτη. Διαλύτης Η καλή ρευστότητα του διαλύτη σε χαμηλή θερμοκρασία είναι η εγγύηση μεταφοράς ιόντων και το στερεό φιλμ ηλεκτρολύτη που σχηματίζεται από τον ηλεκτρολύτη στο αρνητικό ηλεκτρόδιο σε χαμηλή θερμοκρασία είναι επίσης το κλειδί για την αγωγή των ιόντων λιθίου και το RSEI είναι η κύρια αντίσταση μπαταριών ιόντων λιθίου σε περιβάλλοντα χαμηλής θερμοκρασίας.

Εμπειρογνώμονας 2: Ο κύριος παράγοντας που περιορίζει την απόδοση των μπαταριών ιόντων λιθίου σε χαμηλή θερμοκρασία είναι η απότομη αυξημένη αντίσταση διάχυσης λιθίου σε χαμηλές θερμοκρασίες και όχι το φιλμ SEI.

Χαρακτηριστικά χαμηλής θερμοκρασίας υλικών καθόδου για μπαταρίες ιόντων λιθίου

Ιδιότητες χαμηλής θερμοκρασίας στρωματοποιημένων καθοδικών υλικών

Η πολυεπίπεδη δομή, η οποία όχι μόνο έχει την ασύγκριτη απόδοση ρυθμού του μονοδιάστατου καναλιού διάχυσης ιόντων λιθίου, αλλά έχει επίσης τη δομική σταθερότητα του τρισδιάστατου καναλιού, είναι το πρώτο εμπορικό υλικό καθόδου μπαταρίας ιόντων λιθίου. Οι αντιπροσωπευτικές του ουσίες είναι LiCoO2, Li(Co1-xNix)O2 και Li(Ni, Co, Mn)O2 κ.ο.κ.